Zał. nr 4 do ZW 33/2012 WYDZIAŁ PODSTAWOWYCH PROBLEMÓW TECHNIKI KARTA PRZEDMIOTU Nazwa w języku polskim Mechanika kwantowa Nazwa w języku angielskim Quantum mechanics Kierunek studiów (jeśli dotyczy): Fizyka Techniczna Specjalność (jeśli dotyczy): Nanoinżynieria Stopień studiów i forma: I / II stopień*, stacjonarna / niestacjonarna* Rodzaj przedmiotu: obowiązkowy / wybieralny / ogólnouczelniany * Kod przedmiotu FZP002088W i FZP002088C Grupa kursów NIE Liczba godzin zajęć zorganizowanych w Uczelni (ZZU) Liczba godzin całkowitego nakładu pracy studenta (CNPS) Forma zaliczenia Wykład 30 90 Egzamin Ćwiczenia 30 Laboratorium Projekt Seminarium 90 Zaliczenie na ocenę Dla grupy kursów zaznaczyć kurs końcowy (X) Liczba punktów ECTS w tym liczba punktów odpowiadająca zajęciom o charakterze praktycznym (P) w tym liczba punktów ECTS odpowiadająca zajęciom wymagającym bezpośredniego kontaktu (BK) 3 3 3 1,5 1,5 *niepotrzebne skreślić WYMAGANIA WSTĘPNE W ZAKRESIE WIEDZY, UMIEJĘTNOŚCI I INNYCH KOMPETENCJI 1. Znajomość formalizmu falowego mechaniki kwantowej – ukończony kurs Podstawy fizyki kwantowej 2. Znajomość analizy matematycznej I i II oraz algebry 3. Umiejętność studiowania literatury \ CELE PRZEDMIOTU C1 Zapoznanie z metodami obliczeniowymi mechaniki kwantowej C2 Zaznajomienie z szerokim obszarem fizyki kwantowej i jej zastosowań 1 PRZEDMIOTOWE EFEKTY KSZTAŁCENIA Z zakresu wiedzy: PEK_W01 zna zasady mechaniki kwantowej i jej metod obliczeniowych, metody perturbacyjnej i kwaziklasycznej, wariacyjnej i diagonalizacji algebraicznych PEK_W02 zna i potrafi formułować zawansowane zagadnienia dynamiczne w mechanice kwantowej, potrafi rozwiązywać równanie Schrődingera dla stanów stacjonarnych i niestacjonarnych metodami rachunku zaburzeń, umie stosować złotą regułę Fermiego dla wybranych prostych układów, zna statystyki kwantowe i ich uwarunkowanie, rozumie związek spinu i statystyki i rolę topologii w fizyce PEK_W03 zna zasady II kwantowania, kwantowej fizyki kryształów, kwantowania Landaua w polu magnetycznym i potrafi odnieść opanowaną wiedze do obrazu fizyki fazy skondensowanej, w tym do zjawisk nadprzewodnictwa i nadciekłości, układów 2D Z zakresu umiejętności: PEK_U01 posługuje się aparatem rachunku zaburzeń i potrafi stosować go do złożonych sytuacji, podobnie potrafi stosować przybliżenie kwaziklasyczne, potrafi formułować i rozwiązywać problemy kwantowe metodami wariacyjnymi i algebraicznymi oraz numerycznymi PEK_U02 potrafi przygotować i zreferować inne zagadnienia z mechaniki kwantowej (np. metody numeryczne rozwiązywania równania Schrődingera) w oparciu o literaturę naukową PEK_U03 posiada szerokie rozeznanie w fizyce kwantowej, umie poruszać się w obszarze fizyki kwantowej i rozumie założenia kwantowej teorii, potrafi samodzielnie rozwijać te umiejętności w oparciu o dostępną literaturę Z zakresu kompetencji społecznych: PEK_K01 potrafi korzystać z literatury naukowej, w tym docierać do materiałów źródłowych oraz dokonywać ich przeglądu PEK_K02 posiada znajomość aparatu mechaniki kwantowej w zakresie umożliwiającym studiowani literatury naukowej z zakresu fizyki fazy skondensowanej oraz poznawanie, rozwijanie i referowanie innych zagadnień TREŚCI PROGRAMOWE Wy1 Wy2 Wy3 Wy4 Wy5 Wy6 Wy7 Forma zajęć - wykład Rachunek zaburzeń niezależny od czasu dla stanów niezdegenerowanych; rachunek zaburzeń niezależny od czasu dla stanów zdegenerowanych Rachunek zaburzeń zależny od czasu, przejścia kwantowe, reguły wyboru Złota reguła Fermiego, nieoznaczoność czasu i energii, adiabatyczne i nieadiabatyczne włączanie zaburzenia Przybliżenie kwaziklasyczne Reguła Bohra-Sommerfelda Tunelowanie kwantowe i bariery Reprezentacja Schrődingera i Heisenberga, pochodna operatora Liczba godzin 2 2 2 2 2 2 2 2 Wy8 Rozpływanie się pakietów falowych Wy9 Stany czyste i mieszane, splątanie kwantowe, iloczyn tensorowy Wy10 Periodyczny potencjał, sieć odwrotna, twierdzenie Blocha Metody wariacyjne i algebraiczne rozwiązywania równania Wy11 Schrődingera (diagonalizacje) Wy12 Bozony i fermiony, statystyki kwantowe w 3D i 2D, układy hallowskie Wy13 Kwantowanie Landaua, cząstka w polu magnetycznym Wy14 II kwantowanie dla bozonów i fermionów Sfera Fermiego w metalu, kondensacja Bosego-Einsteina, Wy15 nadprzewodnictwo i nadciekłość – makroskopowe efekty kwantowe Suma godzin Ćw1 Ćw2 Ćw3 Ćw4 Ćw5 Ćw6 Ćw7 Ćw8 Ćw9 Forma zajęć - ćwiczenia Rachunek zaburzeń niezależny od czasu – przykłady Rachunek zaburzeń zależny od czasy – przykłady Zastosowanie złotej reguły Fermiego – przejścia optyczne, efekt fotoelektryczny w półprzewodniku Przybliżenie kwaziklasyczne – przykłady Współczynniki przejścia i odbicia dla barier, tunelowanie Pochodna operatora, rozpływanie się pakietów falowych Stany splątane, singlet i tryplet, stany czyste i mieszane Diagonalizacja Bogolubowa, kwazicząstki, efekt Meissnera i pary Coopera Sieć odwrotna, model prawie swobodnych elektronów i silnie związanych elektronów Suma godzin 2 2 2 2 2 2 2 2 30 Liczba godzin 4 4 4 4 2 2 2 4 4 30 STOSOWANE NARZĘDZIA DYDAKTYCZNE N1. Wykład tradycyjny N2. Rozbudowane komentarze i dodatkowe konsultacje dla zainteresowanych studentów N3. Ćwiczenia tradycyjne N3. Skrypt do wykładu OCENA OSIĄGNIĘCIA PRZEDMIOTOWYCH EFEKTÓW KSZTAŁCENIA Oceny (F – formująca (w trakcie semestru), P – podsumowująca (na koniec semestru) F1 F2 F3 P Numer efektu kształcenia Sposób oceny osiągnięcia efektu kształcenia PEK_W01 Kolokwium na ćwiczeniach 1 PEK_W02 Kolokwium na ćwiczeniach 2 PEK_W01-3 Zaliczenie ćwiczeń PEK_W01-3,U01-3.K01-2 Egzamin 3 LITERATURA PODSTAWOWA I UZUPEŁNIAJĄCA LITERATURA PODSTAWOWA: [1] Mechanika kwantowa, L. Landau, I. Lifshitz, PWN 2011 [2] Krótki kurs fizyki teoretycznej, tom II, L. Landau, I. Lifshitz, PWN 1978 [3] Teoria kwantów. Mechanika falowa, I. Białynicki-Birula, M. Cieplak, J. Kamiński, PWN, 1982 [4] Skrypt do wykładu LITERATURA UZUPEŁNIAJĄCA: [5] Mechanika kwantowa, A. Davydov, PWN 1969 [6] Quantum Mechanics, A. Messiah, Dover Publ. 1999 OPIEKUN PRZEDMIOTU (IMIĘ, NAZWISKO, ADRES E-MAIL) Prof. dr hab. inż. Lucjan Jacak, [email protected] i zespół 4 MACIERZ POWIĄZANIA EFEKTÓW KSZTAŁCENIA DLA PRZEDMIOTU Mechanika kwantowa Z EFEKTAMI KSZTAŁCENIA NA KIERUNKU Fizyka techniczna I SPECJALNOŚCI Nanoinżynieria Przedmiotowy efekt kształcenia Odniesienie przedmiotowego efektu do efektów kształcenia zdefiniowanych dla kierunku studiów i specjalności (o ile dotyczy)** Cele przedmiotu*** Treści programowe*** Numer narzędzia dydaktycznego*** N1,3,4 N2 PEK_W01 (wiedza) K1FTE_W01, K1FTE_W05 C1,C2 PEK_W02 K1FTE_W01, K1FTE_W05 C1,C2 PEK_W03 K1FTE_W01, K1FTE_W05 C1,C2 PEK_U01 K1FTE_U01 (umiejętności) C1 PEK_U02 K1FTE_U01 C1 PEK_U03 K1FTE_U01 C2 PEK_K01 K1FTE_U03, K1FTE_K01 C2 Wy1-6 Ćw1-3 Wy7-12 Ćw4-6 Wy13-15 Ćw7-9 Wy1-6 Ćw1-9 Wy7-11 Ćw1-9 Wy12-15 Ćw1-9 Wy1-15 K1FTE_U03, K1FTE_K01 C2 Wy10-15 N1,3,4 N1,3,4 N1,4,2 N1,4,2 N1,4,2 N1,4 (kompetencje) PEK_K02 ** - wpisać symbole kierunkowych/specjalnościowych efektów kształcenia *** - z tabeli powyżej